[论文解读] Study of multiparticle production by Gluon Dominance Model

Е. С. Кокоулина, V.A. Nikitin|ArXiv.org|Feb 24, 2005

High-Energy Particle Collisions Research被引用 7

一句话总结

该论文提出了一种两阶段胶子主导模型，用于描述 $e^+e^-$湮灭和质子-质子碰撞中的多粒子产生过程，结合了微扰QCD级联动力学与通过负二项分布和二项分布实现的唯象学强子化阶段。该模型成功再现了91.4 GeV和189 GeV下的实验多重性分布，关键结果表明胶子蒸发分数为 $\delta = 0.47 \pm 0.01$，并提供了将部分子多重性与强子化效率联系起来的热力学解释。

ABSTRACT

The gluon dominance model offers a description of multiparticle production in e^+e- - annihilation and proton-proton collisions. The multiplicity distributions in e^+e^- annihilation are well described. The energy dependence of model parameters gives the dynamic parton stage and hadronisation picture. It is shown that this model has confirmed oscillations in sign of the ratio of factorial cumulant moments over factorial moments of the increasing order. The collective behavior of secondary particles in $pp$-interactions at 70 GeV/c is studied in the project "Thermalization". An active role of gluons is shown in the multiparticle dynamics. This paper gives a simple thermodynamic interpretation of interactions mentioned above.

研究动机与目标

• 基于QCD动力学与唯象学强子化，发展一个统一的高能强子与 $e^+e^-$碰撞中多粒子产生的模型。
• 通过结合部分子级联与强子化两阶段方法，解释70 GeV/c下 $e^+e^-$湮灭与 $pp$ 相互作用中观测到的多重性分布。
• 提供胶子主导与强子化的热力学解释，将部分子多重性与强子产额参数联系起来。
• 将模型与 $e^+e^-$ 和 $pp$ 碰撞的实验数据进行对比，特别关注因子矩振荡与粒子多重性分布。

提出的方法

• 基于QCD演化，使用马尔可夫分支过程对部分子级联阶段进行建模，采用生成函数描述夸克与胶子喷注。
• 应用两阶段模型（TSM），采用负二项分布（NBD）描述部分子多重性，参数化为 $k_p$ 与 $\overline{m}$。
• 在强子化阶段引入二项分布，其中 $N_p$ 个部分子最多产生 $N_p$ 个强子，平均多重性为 $\overline{n}_p^h$，使用生成函数 $Q^H_p(z)$。
• 通过 $P_n(s) = \sum_m P_m^P \cdot \frac{1}{n!} \frac{d^n}{dz^n}(Q^H)^{2+m}|_{z=0}$ 构造部分子与强子化阶段的卷积，以描述末态强子多重性。
• 引入胶子蒸发参数 $\delta$，以描述参与强子化的活跃胶子分数，并对蒸发胶子的强子产生采用二项分布。
• 采用具有泊松分布蒸发胶子的热力学两阶段模型（TSTM），并使用189 GeV与69 GeV的实验数据拟合参数。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于QCD启发的级联与唯象学强子化，两阶段胶子主导模型在多粒子产生中的描述能力如何，特别是在 $e^+e^-$湮灭中？
• RQ2 在70 GeV/c的 $pp$ 碰撞中，胶子在多粒子动力学中的作用是什么？其蒸发分数能否被量化？
• RQ3 胶子主导模型中具有动态部分子阶段是否能解释因子累积矩振荡的观测现象？
• RQ4 该模型对强子化的热力学解释在多大程度上与实验多重性分布及参数约束一致？
• RQ5 模型参数 $\overline{m}$、$\delta$、$\overline{n}^h$ 与 $N$ 在不同碰撞能量与数据集中如何变化？

主要发现

• 该模型在91.4 GeV下成功描述了 $e^+e^-$湮灭的多重性分布，$\chi^2/$ndf 约为 1/3。
• 在70 GeV/c的 $pp$ 碰撞中，带分支的两阶段模型（TSMB）得到胶子蒸发分数为 $\delta = 0.47 \pm 0.01$，$\overline{m} = 2.61 \pm 0.08$，$\overline{k} = 2.53 \pm 0.05$。
• 热力学两阶段模型（TSTM）对实验数据的拟合结果为 $\chi^2/$ndf ~ 1/2，得到 $\overline{m} = 2.48 \pm 0.20$，$\overline{n}^h = 1.63 \pm 0.12$，$N = 4.24 \pm 0.13$。
• 模型中带电强子的最大可能数量为26，由 $ME \cdot N = 6 \cdot 4.24 \approx 25.4$ 推导得出，与实验数据一致。
• 从 $pp$ 碰撞中获得的参数 $N$ 与 $\overline{n}^h$ 与从 $e^+e^-$湮灭中获得的值一致，支持强子化参数的普遍性。
• 部分子级联中分支不显著，因为 $\overline{m}$ 与 $\overline{k}$ 在误差范围内一致，表明初始级联之后胶子分裂极少。